Plastische Deformation spline-ähnlicher Strukturen mit konstanter Länge

Im Automobil- und Flugzeugbau werden immer häufiger virtuelle Prototypen verwendet, bei denen auch vermehrt Tests des physikalischen Verhaltensdurchgeführt werden. Dabei spielen spline-ähnliche Strukturen wie Schläuche, Kabel, Seile usw. eine große Rolle. Ein heutiges Auto enthält ca. 2 km Kabel, die zu Kabelbäumen zusammengefaßt werden. Die Kabel sollen nun im Auto verlegt werden. Dazu ist es nötig, daß sich die Kabel bei einer Deformation physikalisch korrekt verhalten. Weiterhin müssen die Kabel mit anderen Objekten interagieren können. Dazu gehört, daß man Kabel z.B. um Objekte herum verlegt. Die verwendeten Algorithmen müssen echtzeitfähig sein, um ein flüssiges und interaktives Arbeiten der Entwickler zu ermöglichen. Diese Diplom-Arbeit simuliert die Interaktion von Kabeln mit einer waagrechten Ebene in Echtzeit. Kabel können auf der Ebene gezogen werden. Dabei ist die Reibung zwischen Kabel und Ebene zu beachten. Das von mir verwendete physikalische Modell des Kabels verbindet die Knoten über starre Verbindungen. In den Knoten sind diese über Drehgelenke und Drehfedern miteinander verbunden. Die Parameter der Drehfeder geben die Eigenschaften des Kabels vor. Nach der Berechnung der Knotenpositionen mit dem von mir entwickelten Algorithmus werden die Kabelstücke zwischen den Knoten mit dem Algorithmus von P. Dähne interpoliert. Um das Ziehen des Kabels auf der Ebene nachbilden zu können, wurden vier Algorithmen entwickelt, die je nach Situation eingesetzt werden. Der Benutzer kann das Kabel über die Ebene hinausziehen. In dem Fall wird sich das Kabel nach unten neigen. Die Freigabe eines Kabelendes führt dazu, daß sich das Kabel streckt, falls es die Reibung der Ebene überwindet. Zuletzt kann der Benutzer einen Knoten bewegen. Hier wirdbei den Algorithmen unterschieden, ob dieser Knoten bewegliche oder unbewegliche Nachbarknoten hat. Die vorgestellten Algorithmen sind skalierbar, so daß der Anwender je nach verwendeter Hardwareplattform zwischen schneller Ausführung und Genauigkeit der Simulation wählen kann. Die Ergebnisse sind visuell stimmig und überzeugend und vermitteln schon bei geringer Genauigkeit den Eindruck physikalischer Korrektheit.